S2001/T1

Kaikki fysiikassa esiintyvät voimat aiheutuvat viime kädessä neljästä perusvuorovaikutuksesta.

Luettele nämä vuorovaikutukset.

a) 

b) 

Selitä, mikä perusvuorovaikutus on hallitseeva seuraavissa ilmiöissä:

1. Paperisilppu tarttuu kampaan, jolla on juuri kammattu hiuksia. 
2. Kuu kiertää Maata. 
3. Atomiydin pysyy koossa. 
4. Pallo pomppaa lattiasta

Vihje:

Gravitaatio vuorovaikutus

Heikko vurovaikutus

Vahva vuorovaikutus

Sähkömagneettinen vuorovaikutus

S2000/T9

Rutherfordin koe

Alfahiukkanen lentää kohti kultaydintä ja siroaa takaisin tulosuuntaansa. Kuinka suuri on α-hiukkasen ja kultaytimen keskipisteen välinen etäisyys pienimmillään, kun α-hiukkasen energia on 4,8 MeV? Pallosymmetrisen elektroniverhon vaikutus ytimen läheisyydessä on merkityksetön.

 

a) 

b) 

Vihje

http://fi.wikipedia.org/wiki/Rutherfordin_koe

a) 

b) 

Kaksi samanmerkkistä varausta lähestyy toisiaan. Alfa-hiukkasen liike-energia alkaa muuttua sähköiseksi potentiaalienergiaksi kultaytimen sähkökentässä.

Pisteessä, jossa alfahiukkanen on lähimpänä kultaydintä, liike-energia on muuttunut kokonaan sähköiseksi potentiaalienergiaksi.

Tee energiaperiaatteen mukainen yhtälö ja ratkaise säde r.

Perustele lyhyesti, mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa ja mitkä eivät:

Luonnossa on aina jonkin verran ionisoivaa ("radioaktiivista") säteilyä.

Röntgenkuvia otettaessa voidaan säteilylle herkkiä elimiä suojata lyijylevyillä.

Radonytimistä lähtevät alfahiukkaset voivat kulkeutua tuulen mukana pitkiäkin matkoja

Pääasiallinen syy ydinjätteen sijoittamiseen yli puolen kilometrin syvyydelle kallioperään on se, että jätteestä lähtevä säteily vaimenee kallioon.

K2003/T1

a) 

b) 

c) 

d) 

Vihje

Taustasäteily, C-14

S2001/T13

Verraten yleisen käsityksen mukaan radioaktiivinen aine on säteilyturvallisuuden kannalta sitä hankalampaa, mitä pidempi on radioisotoopin puoliintumisaika. Komentoi käsityksen paikkansapitävyyttä.

a)

b)

Persianlahden ja Kosovon sodissa käytettiin panssarintorjunta-ammuksia, joiden läpäisykärki oli lähes puhdasta 238U-isotooppia. Tämän isotoopin "köyhdytetyn uraanin", puoliintumisaika on 4,47 * 109 a. Oletetaan, että tällainen läpäisykärki leviää räjähdyksessä pölynä ilmaan. Laske yhteen kuutiometriin ilmaa sisältyvä 238U-aktiivisuus, jos uraania on ilmassa 10mg/m3.

Vihje

Radioaktiivisen näytteen aktiivisuus A riippuu näytteen ydinten määrästä N sekä puoliintumisajasta T seuraavasti.

A=\lambda N = \dfrac{\ln 2}{T} N
A=λN=​T​​ln2​​N

S2002/T9

Neutronin aiheuttamassa U-235:n fissiossa syntyy mm. nuklidia Sr-90 ja vapautuu kolme neutronia.

Kirjoita reaktioyhtälö

Miksi alkuaineeksi Sr:n ohella syntyvä keskiraskas nuklidi muuttuu vuoden kuluessa?

b)

a)

^{235}U \rightarrow ^3_0n + ^{90}Sr + ^{235-90-3}X?
​235​​U→​0​3​​n+​90​​Sr+​235−90−3​​X?

Kun saat ytimen selville, etsi ydin ydinkartasta ja katso millä tavalla ydin hajoaa.

Beeta- -hajoamisesssa neutroni muuttuu protoniksi.

Lisäksi ydin emittoi elektronin (B- -hiukkasen) sekä neutriinon.

Vihje

S2003/9

Kahden deuteriumytimen törmäysreaktiossa voi syntyä yksi neutroni ja eräs nuklidi.

Kirjoita reaktioyhtälö

Kuinka paljon energiaa vapautuu yhdessä tällaisessa reaktiossa?

Tavallisen veden vetyatomeista on 0,015 % deuteriumatomeja. Kuinka paljon energiaa vapautuisi, jos yhden vesilitran sisältämä deuterium pystyttäisiin kokonaan käyttämään energian tuottamiseen em. reaktion avulla?

a) 

c) 

b) 

^2_1H +^2_1H \rightarrow ^1_0 n+ ^{4-1}_{2-0}X?
​1​2​​H+​1​2​​H→​0​1​​n+​2−0​4−1​​X?

Vihje

E=\Delta m \cdot c^2
E=Δm⋅c​2​​
c^2=931,5 \text{MeV/u}
c​2​​=931,5MeV/u

Katso taulukkokirjasta lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden massat. 

S2003/9

Vuoden 2006 marraskuussa sai maailman tiedotusvälineissä suurta huomiota Lontoossa asuneen venäläisen Aleksandr Litvinenkon myrkytyskuolema, jonka uskottiin aiheutuneen alfa-radioaktiivisesta polonium isotoopista Po-210. Tätä voidaan valmistaa tuottamalla ensin ydinreaktiossa luonnon vismutista lyhytikäistä radioisotooppia Bi-210, jonka hajoamistuotteena syntyy isotooppia Po-210.

Kirjoita Bi-210:n tuottoreaktion yhtälö sekä Bi-210:n ja Po-210 hajoamisreaktioiden yhtälöt.

Miksi Po-210 on vaarallista erityisesti vasta kehon sisälle joutuessaan? 

Kuinka monta radioaktiivista hajoamista sekunnissa tapahtuu yhdessä mikrogrammassa Po-210 isotooppia?

a) 

b) 

c) 

Vihje

Etsi taulukkokirjasta luonnon vismutin massaluku. Mitä tähän pitää lisätä, jotta saadaan  Bi-210 isotooppia? Kirjoita tuottoreaktioyhtälö.

Vertaa Bi-210 ja Po-210 isotooppeja ja katso minkä hajoamisen täytyy olla kyseessä kun vismutti hajoaa poloniumiksi. Kirjoita reaktioyhtälö. 

Polonium-210 on alfa-aktiivinen. Kirjoita reaktioyhtälö.

Hae taulukkokirjasta polonium-210 moolimassa ja puoliintumisajalla. Jos jaat näytteen massan aineen moolimassalla, saat näytteen moolien lukumäärän. Kerro moolien lukumäärä Avogadron vakiolla niin saat selville näytteen ydinten määrän.

Valokennon elektrodia valaistiin monokromaattisella valolla (kuvio).

Jännitelähteen avulla piiriin säädettiin sellainen vastajännite, että virran kulku juuri ja juuri lakkasi. Eri allonpituuksilla saatiin seuraavat pysäytysjännitteen arvot:

K2002/T15

Määritä sopivaa graafista esitystä käyttäen Planckin vakio ja valosähköisen ilmiön kynnystaajuus (rajataajuus) elektrodimateriaalille.

E=hf-W_0
E=hf−W​0​​
c=f\lambda
c=fλ

Vihje

E=hf-W_0
E=hf−W​0​​